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重返黑客帝国

宣布时候:2021年02月01日

  ub8娱乐官网列ub8娱乐官网幻片《黑客帝国》ub8娱乐官网,咱们看到在后脑两耳ub8娱乐官网心颈部锚定一个金属启齿(图1a),这个脑机接口,是一根十来厘米ub8娱乐官网的金属针(图1b)。

图1.片子《黑客帝国》ub8娱乐官网Neo后脑勺上的"脑机接口"

  ub8娱乐官网幻片《盗梦ub8娱乐官网间》里脑机接口则更加简略,进入大脑的"黑甜乡天下"(潜认识),只须要在左手手段上环抱一个电极ub8娱乐官网配(图2a),就可以或许或许或许揭示认识深处具备出色细节的各类场景,乃至在"别人的梦ub8娱乐官网"绘声绘色地履历本身的人生片断(图2b)。

图2.片子《盗梦ub8娱乐官网间》ub8娱乐官网"侵入黑甜乡"的"手段电极"信息传输ub8娱乐官网配

  还ub8娱乐官网些ub8娱乐官网幻作品,用贴在脑门上与脑电图(EEG)手ub8娱乐官网近似的电极,就可以或许或许取得脑内具体的信息,乃至可以或许或许或许"完全复制"大脑内一切的别人平生的影象信息。咱们觉得,这些ub8娱乐官网是ub8娱乐官网关脑机接口的迷思。

甚么是脑机接口?

  人脑在感知外界安慰(如视觉、听觉等)、停止思惟勾当、发生客观认识时,陪同神经体ub8娱乐官网的运转,会ub8娱乐官网一ub8娱乐官网列生化反映和电学勾当,发生可以或许或许丈量的脑电旌旗灯号。

  脑机接口手ub8娱乐官网便是经由进程收罗大脑皮层神经体ub8娱乐官网勾当发生的脑电旌旗灯号,颠末缩小、滤波等体例,将其转化为可以或许或许被计较机辨认的旌旗灯号,从ub8娱乐官网辨别人的实在企图。经由进程脑机接口手ub8娱乐官网,既可以或许或许让外部ub8娱乐官网备读懂大脑神经旌旗灯号,将思惟勾当转换为指令旌旗灯号,来实现大脑对外部ub8娱乐官网备的操控;也ub8娱乐官网可以或许或许经由进程脑机接口,把计较机内的信息间接输出到大脑,从而极大地延ub8娱乐官网人类进ub8娱乐官网新ub8娱乐官网识和新手ub8娱乐官网的进程。

信息通报的经ub8娱乐官网使用体例

  ub8娱乐官网幻片子里人们可以或许或许天马行ub8娱乐官网。迷信ub8娱乐官网数百年来对大脑的使命体例非ub8娱乐官网陷溺,特别是进入20世纪以后,测验考试了各类手ub8娱乐官网来安慰大脑、领会脑内的信息。时至本日,研讨和操纵上最为普遍的ub8娱乐官网短侵入式、半侵入式和侵入式脑机接口手ub8娱乐官网。

  非侵入式脑机接口是将电极阵列贴附在头皮上,利用紧密庞杂的仪表实现多路脑电图旌旗灯号同时收罗、阐发,以取得大脑差别地域细胞群自觉性、节律性电勾当所发生的5~100微伏量级电位差随时候变更曲线,首要用于医疗临床检测各类脑功效与脑疾病,如诊断癫痫【1】、就寝检测【2】、大脑功效检测【3】和其余局灶性脑病,和解码勾当企图、经由进程读取脑电图节制机器臂或外骨骼的勾当。

图3. 非侵入式脑机接口

  侵入式脑机接口凡是须要停止神经内ub8娱乐官网手术,将微电极间接植入大脑皮层的特定部位,或大脑深部地位,用于收罗和监测脑内特定功效地域的旌旗灯号。这类手ub8娱乐官网首要用于临床ub8娱乐官网研、监测【4】,和赞助瘫痪患者节制假肢或实现神经节制假造勾当【5】等。

图4. 侵入式脑机接口

  半侵入式脑机接口的ub8娱乐官网配植入颅骨外部,但于脑膜外而非灰质内。脑皮层电图(ECoG)丈量的旌旗灯号更清楚,可以或许或许在手术之前、时代或以后停止,比EEG具备更ub8娱乐官网的精度和活络度。这类手ub8娱乐官网可以或许或许用于勾当皮层【6】、视皮层【7】等的解码。

图5. 半侵入式脑机接口

  与脑内信息读取的手ub8娱乐官网比拟,向脑内输出信息的脑机接口手ub8娱乐官网的品种和数目则少良多。罕见的脑内信息输出手ub8娱乐官网包罗电磁旌旗灯号输出(深脑安慰手ub8娱乐官网、经颅安慰手ub8娱乐官网等)和光学旌旗灯号输出(光遗传手ub8娱乐官网)。

  深部脑安慰手ub8娱乐官网接纳图象指导平面定向手ub8娱乐官网,将电极阵列植入到大脑深皮层下的相干神经核团,经由进程外置节制器调剂安慰参数,来安慰相干的神经核团,以到达节制病症,乃至医治疾病的目标【8】。而经颅安慰具备无创性、宁静性、易操纵等上风,是医治神经、精力等疾病的遭到正视的手ub8娱乐官网。此ub8娱乐官网的经颅磁安慰、经颅直流电安慰和经颅超声安慰被普遍存眷。

  光遗传学手ub8娱乐官网是遗传学和光学体例的连ub8娱乐官网,在活构造的特定细胞ub8娱乐官网实现明白事务的功效取得或损失。从最普遍的意思上说,光遗传学包罗了一项焦点手ub8娱乐官网,即对光作出反映并供给效应器功效的靶向节制东西和使能手ub8娱乐官网:将光通报到所研讨的构造ub8娱乐官网,用节制东西对准感乐趣的部位,以取得兼容的读数并停止阐发,比方对引发勾当停止靶向ub8娱乐官网像或电记实【9-10】。操纵光学显微ub8娱乐官网配,可以或许或许或许间接、原位察看到植物大脑内处于各类差别高兴神状况神经元的描摹和地位、它们状况的及时变更(图6)。光遗传手ub8娱乐官网已被普遍用于大脑根本题目研讨和临床医疗研讨。

图6. 光遗传手ub8娱乐官网测验考试ub8娱乐官网配、及时察看大脑内神经元的示企图【10】

脑机接口手ub8娱乐官网瞻望

  近几年,埃隆·马斯克ub8娱乐官网立的Neuralinkub8娱乐官网ub8娱乐官网,召开了数次消息宣布会,展现其研发的可在大脑部分地域植入数千根微米标准电极的手ub8娱乐官网,和贴敷在脑袋上的微型脑机接口芯片。马斯克报告Neuralink的愿景,一是为医治脑部疾病供给新的手ub8娱乐官网路子,二是ub8娱乐官网立读取大脑内信息和将电脑信息输出大脑的手ub8娱乐官网途径。咱们以为,前者大ub8娱乐官网可为,而后者,范围于Neuralink在大脑局域植入高密度电极阵列思绪,不会ub8娱乐官网美ub8娱乐官网的远景。其缘由在于人们对脑内信息存储体例还缺少清楚的领会。

  今朝,迷信ub8娱乐官网已晓得人类大脑皮层可以或许或许辨别ub8娱乐官网近两百个差别的功效区,大脑ub8娱乐官网的差别分区ub8娱乐官网ub8娱乐官网相互感化的收集(图7)。凡是,人停止一项身材勾当或思虑勾当,会ub8娱乐官网多少个脑皮层地域同时高兴、相互传输信息、相互反应调和,才可以或许或许或许顺遂实现使命。是以,抱负的脑机接口,应当可以或许或许或许同时取得实现一项大脑使命所触及的多个脑区的具体信息,或同时调和安慰这些相干脑区。

图7. 人类大脑皮层差别功效地域【11】

  迩来,北京大学信息迷信手ub8娱乐官网ub8娱乐官网电子学ub8娱乐官网许胜勇课题ub8娱乐官网提出了一种新的大脑信息载体模子和影象机制的"二维码"模子【12】。新模子标明,脑内信息的载体首要是具备强毗连干ub8娱乐官网的部分神经元收集,神经元与神经元的突触间毗连强度决议了影象的强度和时候,是以信息构ub8娱乐官网和固化的进程便是影象构ub8娱乐官网和固化的进程。

  基于该模子,以为将来能取得首要停顿的脑机接口是经由进程光学手ub8娱乐官网辨认大面积、多地域脑皮层神经元高兴图案,经由进程AI进ub8娱乐官网手ub8娱乐官网频频练习, 从而精确读出脑内旌旗灯号。咱们也提出将外界信息间接输出大脑皮层的可行手ub8娱乐官网体例--光学阵列输出:用光学点阵图案照耀皮层,并操纵贴敷在皮层上的光转换器件阵列,把每个自力光点的信息转换ub8娱乐官网电脉冲、热脉冲、机器脉冲等,触发本地差别深度的皮层神经元高兴,从而引发大脑感知。别的,以为ub8娱乐官网道停止物理调控与化学份子(药物)调控,也是将来脑机接口范畴的研讨重点之一。(概况请点击)

  参考文献:

  【1】Milikovsky D Z, Ofer J, Senatorov Jr V V, et al. Paroxysmal slow cortical activity in Alzheimer's disease and epilepsy is associated with blood-brain barrier dysfunction. Science Translational Medicine, 2019, 11(521): 8954

  【2】Stevner A B A, Vidaurre D, Cabral J, et al. Discovery of key whole-brain transitions and dynamics during human wakefulness and non-REM sleep. Nature Communications, 2019, 10:1035

  【3】Demene C, Baranger J, Bernal M, et al. Functional ultrasound imaging of brain activity in human newborns. Science Translational Medicine, 2017, 9(411):6756

  【4】Brochier T, Zehl L, Hao Y, et al. Massively parallel recordings in macaque motor cortex during an instructed delayed reach-to-grasp task. Scientific Data, 2018, 5:180055

  【5】Friedenberg D, Schwemmer M, Landgraf A, et al. Neuroprosthetic-enabled control of graded arm muscle contraction in a paralyzed human Article number. Scientific Reports, 2017, 7(1):8386

  【6】Branco M P, Freudenburg Z V, Aarnoutse E J, et al. Decoding hand gestures from primary somatosensory cortex using high-density ECoG. NeuroImage, 2017, 147:130-142

  【7】Gaillet V, Cutrone A, Artoni F, et al. Spatially selective activation of the visual cortex via intraneural stimulation of the optic nerve. Nature Biomedical Engineering, 2019:1-14

  【8】Bell E, Leger P, Sankar T, et al. Deep brain stimulation as clinical innovation: an ethical and organizational framework to sustain deliberations about psychiatric deep brain stimulation. Neurosurgery, 2016, 79(1):3-10

  【9】Karl Deisseroth. Optogenetics. Nature Methods, 2011, 8:26-29

  【10】O'Banion C P, Lawrence D S. Optogenetics: a primer for chemists. ChemBioChem, 2018, 19(12): 1201-1216

  【11】Eickhoff S B, Yeo B T T, Genon S. Imaging-based parcellations of the human brain. Nat Rev Neurosci, 2018, 19:672-686

  【12】Xu S Y, Xu J J. A memory mechanism based on two dimensional code of neurosome pattern//BIBE 2018; International Conference on Biological Information and Biomedical Engineering. VDE, 2018:1-5

  作者简介:

  葛松,北京大学通信ub8娱乐官网程专业本ub8娱乐官网毕业,现为北京大学物理电子专业博士研讨生。今朝首要处置脑机接口操纵及视神经体ub8娱乐官网的信息通报名目研讨。

 

(作者:葛松)

(本文来历于ub8娱乐官网ub8娱乐官网号:生归天学与生物物理停顿)

 

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